JP5375122B2

JP5375122B2 - 光源装置、投射型表示装置、及び背面投射型表示装置

Info

Publication number: JP5375122B2
Application number: JP2009010739A
Authority: JP
Inventors: 尚志岡
Original assignee: JVCKenwood Corp
Current assignee: JVCKenwood Corp
Priority date: 2009-01-21
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2029-01-21
Also published as: JP2010169797A

Description

本発明は、光源装置、同光源装置を使用した、投射型表示装置及び背面投射型表示装置に関する。

近年、プロジェクタ装置等に用いられる光源ユニットに、消費電力が低く、寿命が長いＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子が用いられるようになってきた。ＬＥＤ素子は、電源からの電力が、ボンディングワイヤ等を介して与えられて発光する。ボンディングワイヤは断線しやすいため、ＬＥＤ素子は、ボンディングワイヤや電極等と共にカバーに覆われた状態で使用される。

一方、光源ユニットをプロジェクタ装置等に用いる際、光源ユニットが発する光をできるだけ効率的に使用することが望ましい。例えば、特開２００６−１７１２０７号公報（特許文献１）には、発光素子に取付けるライトパイプの形状や取り付け方によって光利用効率を向上させることが記載されている。

また、ＬＥＤ素子は、光と熱を発生するが、ＬＥＤ素子は温度が上がると発光効率が悪くなる。特に赤色を発光するＬＥＤ素子は、発光効率の低下が顕著である。よって、ＬＥＤ素子を使用する際は、できるだけＬＥＤ素子の温度が上がらないようにすることが必要である。

特開２００６−１７１２０７号公報

ＬＥＤ素子が発光する光をライトパイプによって取り込む際、従来の光源装置においては、ＬＥＤ素子とライトパイプとの間に隙間ができてしまい、光利用効率が悪くなってしまうという問題があった。また、従来の光源装置はＬＥＤ素子が発熱しやすいという問題があった。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、ＬＥＤ素子が発光する光を効率良く利用でき、さらに、ＬＥＤ素子の温度が上がりにくい光源装置、投射型表示装置、及び背面投射型表示装置を提供することを目的とする。

本発明は上述した従来の技術の課題を解決するため、光源と、その光源が発する光を集光部によって集光する集光手段と、その集光手段を固定する土台部と、を有する光源装置において、前記集光手段は、前記光源を保護するカバー部と、前記光源が発する光が入射される入射部と、前記カバー部に対して前記光源とは反対側に配置されるとともに、前記入射部より入射された光を射出する射出部とを有し、前記土台部は、前記入射部が前記カバー部よりも前記光源側に位置するとともに、その前記入射部と前記光源の上面とが隙間を有するように、前記集光手段を固定することを特徴とする光源装置を提供する。

本発明の光源装置、投射型表示装置、及び背面投射型表示装置によれば、ＬＥＤ素子が発光する光を効率良く利用でき、さらに、ＬＥＤ素子の温度を上がりにくくすることができる。

本発明の各実施形態のＬＥＤ部品を示す斜視図である。本発明の第１実施形態のライトパイプを示す斜視図である。本発明の第１実施形態の光源装置の外観を示す斜視図である。本発明の第１実施形態の光源装置を示す断面図である。本発明の第１実施形態の投射型表示装置の構成を示す概念図である。本発明の第１実施形態の背面投射型表示装置の概略構成図である。本発明の第２実施形態のライトパイプを示す斜視図である。本発明の第３実施形態の放熱部材及びその取付け方を示す部分斜視図である。本発明の第４実施形態の放熱部材及びその取付け方を示す部分斜視図である。

以下、本発明の光源装置、投射型表示装置、及び背面投射型表示装置について、添付図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
図１を用いて、各実施形態のＬＥＤ部品１００について説明する。光源であるＬＥＤ素子２は、導電性の金属箔３上に設けられている。金属箔３はベース基板１上に設けられる。金属箔３とＬＥＤ素子２の図示しないマイナス端子部とは、電気的に接続されている。金属箔３はさらに複数のボンディングワイヤ６を介してマイナス電極５と電気的に接続されている。

また、ＬＥＤ素子２の図示しないプラス端子部は、それぞれ、複数のボンディングワイヤ６を介してプラス電極４と電気的に接続されている。
このように接続されることでＬＥＤ素子２のプラス端子部にはプラス電極４から正孔が注入される。また、ＬＥＤ素子２のマイナス端子部にはマイナス電極５から電子が注入される。この電子と正孔とがＬＥＤ素子２内の図示しないＰＮ接合部付近にて再結合することで、ＬＥＤ素子２の上面から光が放出される。土台７はプラス電極４及びマイナス電極５の周りを囲むように設けられている。

次に図２（Ａ）を用いて、第１実施形態のライトパイプ２００について説明する。本実施形態のライトパイプ２００の集光部である筒部１０は中空となっており、内側の面はミラーで覆われている。
また、図示していないが、外部からのほこりを防ぐため、筒部１０内に透明板を設けることが好ましい。例えば、筒部１０の上端における開口部２００ｔを透明な板やレンズで塞ぐような形状にしても良い。筒部１０の形状は、例えば、四角柱である。また、筒部１０は、上端から下端にかけて断面の面積が小さくなるようなテーパー形状であることが好ましい。筒部１０の下端における開口部２００ｂは光源が発する光の入射部であり、筒部１０の上端における開口部２００ｔは筒部１０によって集光された光の射出部である。

筒部１０とカバー部１１とは一体となっている。筒部１０とカバー部１１とを一体成型により形成しても良いし、別々に成型し、組み立てても良い。
図２（Ｂ）は図２（Ａ）のライトパイプ２００を上下反転した部分斜視図である。

次に図３及び図４を用いて、第１実施形態の光源装置４００について説明する。ＬＥＤ部品１００の土台７と、ライトパイプ２００のカバー部１１の端部とが固定される。この時、ライトパイプ２００の筒部１０の下端における開口部２００ｂとＬＥＤ素子２の上面とが重なるように設置する。

このように設置することでＬＥＤ素子２が発する光は、筒部１０の下端における開口部２００ｂから入射する。筒部１０の内側の面のミラーは、入射された光を反射し、筒部１０の上端における開口部２００ｔの方向に集光させる。集光された光は、筒部１０の上端における開口部２００ｔから発せられる。また、ライトパイプ２００をこのように設置することで、カバー部１１は、ワイヤボンディング６やＬＥＤ素子２の損傷を防ぐ。

また、筒部１０の下端とＬＥＤ素子２の上面との隙間Ｌが狭いほど、光源装置４００の光利用効率は良くなる。

本実施形態のライトパイプ２００は、カバー部１１を筒部１０が貫通するような構造であるため、筒部１０の下端とＬＥＤ素子２の上面との隙間Ｌを狭くすることができる。よって、本実施形態のライトパイプ２００は、ワイヤボンディング６やＬＥＤ素子２の損傷を防ぎつつ、光源装置４００の光利用効率を上げることができる。

また、筒部１０の下端における開口部２００ｂの大きさはＬＥＤ部品１００のＬＥＤ素子２の大きさ以上であることが好ましい。筒部１０の下端とＬＥＤ素子２の上面とが接している場合は、開口部２００ｂの面積がＬＥＤ素子２の大きさと等しい時に、光利用効率が最も良くなる。筒部１０の下端とＬＥＤ素子２の上面との隙間Ｌが微小な場合は開口部２００ｂの面積がＬＥＤ素子２の大きさよりもやや大きいことが光利用効率の点から好ましい。

図５を用いて、本実施形態の光源装置４００を用いた投射型表示装置５００について説明する。
電源５０２は映像信号処理部５０３，光源駆動部５０４，光変調素子駆動部５０６に電力を供給する。光源部５０５は、赤色光源装置４００Ｒ、緑色光源装置４００Ｇ、青色光源装置４００Ｂを有する。赤色光源装置４００Ｒ、緑色光源装置４００Ｇ、光源青色装置４００Ｂには、それぞれ、本実施形態の光源装置４００を用いることができる。

光源駆動部５０４は、赤色光源装置４００Ｒ、緑色光源装置４００Ｇ、青色光源装置４００Ｂそれぞれに供給する電力を制御する。
赤色光源装置４００Ｒ、緑色光源装置４００Ｇ、青色光源装置４００Ｂは、光源駆動部５０４から供給された電力に応じて、それぞれ、赤色、緑色、青色の光を発する。

赤色光源装置４００Ｒから発せられた赤色光は集光レンズ５０７に入射される。緑色光のみを反射するダイクロイックミラー４０１Ｇは、緑色光源装置４００Ｇから発せられた緑色光を集光レンズ５０７の方向に反射する。ダイクロイックミラー４０１Ｇよって反射された緑色光は、集光レンズ５０７に入射される。
青色光のみを反射するダイクロイックミラー４０１Ｂは、青色光源装置４００Ｂから発せられた青色光を集光レンズ５０７の方向に反射する。ダイクロイックミラー４０１Ｂよって反射された青色光は、集光レンズ５０７に入射される。

一方、映像信号処理部５０３は、映像入力端子５０１に入力された映像信号から同期信号を抽出する処理等の所定の処理を行う。映像信号処理部５０３は、その所定の処理を行った映像信号を光変調素子駆動部へ入力する。
光変調素子駆動部５０６は、映像信号処理部５０３から入力された映像信号に基づいて光変調素子５１０を駆動する。

集光レンズ５０７は入射された赤色光、緑色光、青色光を集光し、ライトトンネル５０８に入射する。ライトトンネル５０８は、入射された光の輝度分布を均一化し、リレーレンズ５０９に入射する。

リレーレンズ５０９は入射された光の照明領域を光変調素子の大きさと等しくして、光変調素子５１０に入射する。光学変調素子５１０は入射された光を映像信号に基づいて光変調して、投射レンズ５１１に入射する。また、リレーレンズ５０９と光変調素子５１０との間に図示しないカラーフィルタを設けることでカラー表示をすることができる。本実施形態の投射型表示装置５００は光変調素子を１つだけ用いているが、複数の光変調素子を用いるような構成にしても良い。

投射レンズ５１１は入射された光をスクリーン５１２に投射する。このようにして、映像入力端子５０１に入力された映像信号に基づく映像がスクリーン５１２に表示される。

図６を用いて、本実施形態の背面投射型表示６００について説明する。
投射型表示装置５００は所定の映像光を反射鏡６１に投射する。反射鏡６１は投射された映像光を反射鏡６２の方向に反射する。反射鏡６２は、反射鏡６１から入射された映像光を反射し、透過型スクリーン６３に入射させる。透過型スクリーン６３は入射された映像光を表示する。このようにして、投射型表示装置５００から投射された映像光が透過型スクリーン６３に表示される。

＜第２実施形態＞
図７（Ａ）を用いて、第２実施形態のライトパイプ７００について説明する。ライトパイプ７００以外の構成は第１実施形態の光源装置、投射型表示装置、背面投射型表示装置と同様である。

本実施形態のライトパイプ７００の集光部である柱部７０はガラスなどの透明な物質で、例えば、非中空の四角柱を構成したものである。柱部７０の形状は、例えば、四角柱である。また、柱部７０は、上端から下端にかけて断面の面積が小さくなるようなテーパー形状であることが好ましい。また、柱部７０とカバー部７１とは一体となっている。柱部７０はカバー部７１を貫通するような構成になっている。柱部７０の下端の面７００ｂは光源が発する光の入射部であり、柱部７０の上端の面７００ｔは柱部７０によって集光された光の射出部である。

柱部７０とカバー部７１は一体成型により作っても良いし、別々に成型し、組み立てても良い。柱部７０の側面は、柱部７０の下端の面７００ｂから入射した光を反射する。

図７（Ｂ）は図７（Ａ）のライトパイプ７００を上下反転させた部分斜視図である。筒部１０の下端の面７００ｂの大きさはＬＥＤ部品１００のＬＥＤ素子２の大きさ以上であることが好ましい。筒部７０の下端とＬＥＤ素子２の上面とが接している場合は、筒部１０の下端の面７００ｂの面積がＬＥＤ素子２の大きさと等しい時に、光利用効率が最も良くなる。筒部７０の下端とＬＥＤ素子２の上面との隙間Ｌが微小な場合は筒部１０の下端の面の面積がＬＥＤ素子２の大きさよりもやや大きいことが光利用効率の点から好ましい。

ＬＥＤ素子２が発する光は、柱部７０の下端の面７００ｂから入射する。柱部７０の側面は、入射された光を反射し、柱部７０の上端の面７００ｔの方向に集光する。集光された光は、柱部７０の上端の面７００ｔから、面光源となって発せられる。また、このように設置することで、カバー部７１は、ワイヤボンディング６やＬＥＤ素子２の損傷を防ぐ。

＜第３実施形態＞
図８を用いて、第３実施形態の光源装置について説明する。第３実施形態の光源装置は熱伝導部８０を加えた以外は第１実施形態又は第２実施形態の光源装置と同様である。ここでは第１実施形態の光源装置に熱伝導部８０を加えた実施例を用いて説明する。

シート状の熱伝導部８０は筒部１０の下面とＬＥＤ２を接続するように接着されている。このような構造により、熱伝導部８０は、ＬＥＤ素子２が発生する熱を、ライトパイプ２００に逃がすことができる。熱伝導部８０には、例えばグラファイトシート等の熱伝導率が高い材料を用いることが好ましい。熱伝導部８０には、熱伝導率が高く、かつ、電気的絶縁性が高い材料を用いるとさらに好ましい。

ＬＥＤ素子２の温度が上がると、ＬＥＤ素子２の発光効率は低下する。特に、赤色において発光効率が低下する。本実施形態の光源装置はＬＥＤ素子２が発生する熱を、熱伝導部８０によってライトパイプ２００に逃がすため、ＬＥＤ素子２の発光効率が低下しない。

＜第４実施形態＞
図９を用いて、第４実施形態の光源装置について説明する。第４実施形態の光源装置は熱伝導部９０を加えた以外は第１実施形態又は第２実施形態の光源装置と同様である。第１実施形態の光源装置に熱伝導部９０を加えた実施例を用いて説明する。

ブロック状の熱伝導部９０は筒部１０の下面とＬＥＤ２を接続するように接着されている。このような構造により、熱伝導部９０は、ＬＥＤ素子２が発生する熱を、ライトパイプ２００に逃がすことができる。熱伝導部８０には、熱伝導率が高い材料を用いることが好ましい。熱伝導部９０には、熱伝導率が高く、かつ、電気的絶縁性が高い材料を用いるとさらに好ましい。さらに、熱伝導部９０は弾性材料であることが好ましい。熱伝導部８０に弾性材料を用いた場合、熱伝導部９０は、ライトパイプ２００がＬＥＤ素子２を破損することも防ぐ。

ＬＥＤ素子２の温度が上がると、ＬＥＤ素子２の発光効率は低下する。特に、赤色において発光効率が低下する。本実施形態の光源装置はＬＥＤ素子２が発生する熱を、熱伝導部９０によってライトパイプ２００に逃がすため、ＬＥＤ素子２の発光効率が低下しない。

本発明は以上説明した各実施形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。例えば、筒部１０又は柱部７０とＬＥＤ素子２の上面とが接するような構造にしても良い。筒部１０及び柱部７０は四角柱以外の角柱でも良い。また、投射型表示装置及び背面投射型表示装置において、反射型の光変調素子を用いても良い。

２ＬＥＤ素子
１０筒部
１１カバー部
２００ｔ筒部の上端における開口部
２００ｂ筒部の下端における開口部

Claims

光源と、その光源が発する光を集光部によって集光する集光手段と、その集光手段を固定する土台部と、を有する光源装置において、
前記集光手段は、
前記光源を保護するカバー部と、
前記光源が発する光が入射される入射部と、
前記カバー部に対して前記光源とは反対側に配置されるとともに、前記入射部より入射された光を射出する射出部と
を有し、
前記土台部は、前記入射部が前記カバー部よりも前記光源側に位置するとともに、その前記入射部と前記光源の上面とが隙間を有するように、前記集光手段を固定することを特徴とする光源装置。
前記土台部は、前記光源のプラス電極及びマイナス電極の周りを囲むように設けられることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
前記入射部における光が入射する面の面積は、前記光源における光を発する面の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
前記集光部は中空又は非中空の角柱形状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の光源装置。
前記集光部は上端から下端にかけて断面の面積が小さくなるようなテーパー形状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光源装置。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光源装置を備えることを特徴とする投射型表示装置。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光源装置を備えることを特徴とする背面投射型表示装置。